Cilvēces enerģijas problēma un tās risināšanas veidi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Cilvēces enerģētikas problēma katru gadu kļūst arvien izplatītāka. Tas ir saistīts ar pasaules iedzīvotāju skaita pieaugumu un intensīvu tehnoloģiju attīstību, kas noved pie nepārtraukti pieaugoša enerģijas patēriņa līmeņa. Neskatoties uz kodolenerģijas, alternatīvās un hidroenerģijas izmantošanu, cilvēki turpina iegūt lauvas tiesu no degvielas no Zemes zarnām. Nafta, dabasgāze un ogles ir neatjaunojami dabas enerģijas resursi, un līdz šim to krājumi ir samazināti līdz kritiskajam līmenim.

Beigu sākums

Cilvēces enerģētikas problēmas globalizācija sākās pagājušā gadsimta 70. gados, kad beidzās lētās naftas laikmets. Šāda veida degvielas trūkums un straujais cenu kāpums izraisīja nopietnu krīzi pasaules ekonomikā. Un, lai gan tā izmaksas laika gaitā ir samazinājušās, apjomi nepārtraukti samazinās, tāpēc enerģijas un izejvielu problēmacilvēce kļūst asāka.

Piemēram, tikai laika posmā no 20. gadsimta 60. līdz 80. gadiem ogļu ieguves apjoms pasaulē bija 40%, naftas - 75%, dabasgāzes - 80% no šo resursu kopējā apjoma. lietots kopš gadsimta sākuma.

Neskatoties uz to, ka 70. gados sākās degvielas trūkums un izrādījās, ka enerģētikas problēma ir cilvēces globāla problēma, prognozes neparedzēja tās patēriņa pieaugumu. Bija plānots, ka līdz 2000. gadam derīgo izrakteņu ieguves apjoms pieaugs 3 reizes. Pēc tam šie plāni, protams, tika samazināti, taču ārkārtīgi izšķērdīgas resursu izmantošanas rezultātā, kas ilga desmitiem gadu, šodien to praktiski nav.

Cilvēces enerģētikas problēmas galvenie ģeogrāfiskie aspekti

Viens no pieaugošā degvielas trūkuma iemesliem ir tās ieguves apstākļu pasliktināšanās un līdz ar to šī procesa sadārdzināšanās. Ja pirms dažām desmitgadēm dabas resursi atradās virspusē, šodien mums ir pastāvīgi jāpalielina raktuvju, gāzes un naftas urbumu dziļums. Īpaši manāmi ir pasliktinājušies ieguves un ģeoloģiskie apstākļi energoresursu rašanās vecajos industriālajos reģionos Ziemeļamerikā, Rietumeiropā, Krievijā un Ukrainā.

Ņemot vērā cilvēces enerģētikas un izejvielu problēmu ģeogrāfiskos aspektus, jāsaka, ka to risinājums ir resursu robežu paplašināšana. Jāmācās jaunsapgabali ar vieglākiem ieguves un ģeoloģiskiem apstākļiem. Tādējādi var samazināt degvielas ražošanas izmaksas. Taču jāņem vērā, ka kopējā kapitāla intensitāte energoresursu ieguvei jaunās vietās parasti ir daudz lielāka.

Cilvēces enerģijas un izejvielu problēmu ekonomiskie un ģeopolitiskie aspekti

Dabas degvielas rezervju izsīkšana ir izraisījusi sīvu konkurenci ekonomiskajā, politiskajā un ģeopolitiskajā jomā. Degvielas milzu korporācijas nodarbojas ar degvielas un energoresursu sadali un ietekmes sfēru pārdali šajā nozarē, kas noved pie nemainīgām cenu svārstībām pasaules gāzes, ogļu un naftas tirgū. Situācijas nestabilitāte nopietni saasina cilvēces enerģijas problēmu.

Globālā energodrošība

Šis jēdziens tika izmantots 21. gadsimta sākumā. Šādas drošības stratēģijas principi paredz drošu, ilgtermiņa un videi pieņemamu energoapgādi, kuras cenas būs pamatotas un piemērotas gan degvielu eksportējošām, gan importētājām valstīm.

Šīs stratēģijas īstenošana ir iespējama tikai tad, ja tiks novērsti cilvēces enerģētikas problēmas cēloņi un praktiskie pasākumi ir vērsti uz turpmāku pasaules ekonomikas nodrošināšanu gan ar tradicionālajām degvielām, gan ar alternatīviem avotiem iegūto enerģiju. Turklāt īpaša uzmanība jāpievērš alternatīvās enerģijas attīstībai.

Enerģijas taupīšanas politika

Lētās degvielas laikā daudzās pasaules valstīs ir izveidojusies ļoti resursietilpīga ekonomika. Pirmkārt, šī parādība tika novērota ar derīgajiem izrakteņiem bagātās valstīs. Saraksta pirmajā vietā ierindojās Padomju Savienība, ASV, Kanāda, Ķīna un Austrālija. Tajā pašā laikā līdzvērtīga degvielas patēriņa apjoms PSRS bija vairākas reizes lielāks nekā Amerikā.

Šajā situācijā bija steidzami jāievieš enerģijas taupīšanas politika sadzīves, rūpniecības, transporta un citās ekonomikas nozarēs. Ņemot vērā visus cilvēces enerģētikas un izejvielu problēmu aspektus, tika izstrādātas un ieviestas tehnoloģijas, kuru mērķis ir samazināt šo valstu IKP īpatnējo energointensitāti, un tika pārbūvēta visa pasaules ekonomikas ekonomiskā struktūra.

Veiksmes un neveiksmes

Ievērojamākos panākumus enerģijas taupīšanas jomā ir guvušas Rietumu ekonomiski attīstītās valstis. Pirmajos 15 gados viņiem izdevās samazināt sava IKP energointensitāti par 1/3, kā rezultātā to īpatsvars pasaules enerģijas patēriņā samazinājās no 60 līdz 48 procentiem. Līdz šim šī tendence turpinās, IKP pieaugumam Rietumos apsteidzot pieaugošo degvielas patēriņu.

Daudz sliktāka situācija ir Centrāleiropā un Austrumeiropā, Ķīnā un NVS valstīs. Viņu ekonomikas energointensitāte samazinās ļoti lēni. Bet ekonomikas antireitinga līderi ir jaunattīstības valstis. Piemēram, lielākajā daļā Āfrikas un Āzijas valstusaistītās degvielas (dabasgāzes un naftas) zudumi svārstās no 80 līdz 100 procentiem.

Realitāte un izredzes

Cilvēces enerģētikas problēma un veidi, kā to atrisināt mūsdienās, satrauc visu pasauli. Lai uzlabotu esošo situāciju, tiek ieviesti dažādi tehniski un tehnoloģiski jauninājumi. Enerģijas taupīšanas nolūkos tiek pilnveidotas industriālās un komunālās iekārtas, ražotas ekonomiski izdevīgākas automašīnas utt.

Starp primārajiem makroekonomiskajiem pasākumiem ir pakāpeniskas izmaiņas pašā gāzes, ogļu un naftas patēriņa struktūrā ar perspektīvu palielināt netradicionālo un atjaunojamo energoresursu īpatsvaru.

Lai veiksmīgi atrisinātu cilvēces enerģētikas problēmu, īpaša uzmanība jāpievērš fundamentāli jaunu tehnoloģiju attīstībai un ieviešanai, kas ir pieejamas pašreizējā zinātnes un tehnoloģiju revolūcijas stadijā.

Kodolenerģijas nozare

Viena no perspektīvākajām jomām energoapgādes jomā ir kodolenerģija. Dažās attīstītajās valstīs jaunās paaudzes kodolreaktori jau ir nodoti ekspluatācijā. Kodolzinātnieki atkal aktīvi apspriež tēmu par ātriem neironiem darbināmiem reaktoriem, kas, kā kādreiz bija paredzēts, kļūs par jaunu un daudz efektīvāku kodolenerģijas vilni. Taču to izstrāde tika pārtraukta, taču tagad šis jautājums atkal kļuvis aktuāls.

MHD ģeneratoru izmantošana

Tieša siltumenerģijas pārvēršana elektroenerģijā bez tvaika katliem un turbīnām ļaujveikt magnetohidrodinamiskos ģeneratorus. Šī daudzsološā virziena attīstība sākās pagājušā gadsimta 70. gadu sākumā. 1971. gadā Maskavā tika palaists pirmais izmēģinājuma rūpnieciskais MHD ar jaudu 25 000 kW.

Galvenās magnetohidrodinamisko ģeneratoru priekšrocības ir:

• augsta efektivitāte;
• vide (nav kaitīgu izmešu atmosfērā);
• tūlītējs sākums.

Kriogēns turboģenerators

Kriogēnā ģeneratora darbības princips ir tāds, ka rotoru dzesē šķidrs hēlijs, kā rezultātā rodas supravadītspējas efekts. Šīs iekārtas neapstrīdamās priekšrocības ietver augstu efektivitāti, mazo svaru un izmērus.

Kriogēnā turboģeneratora izmēģinājuma prototips tika izveidots vēl padomju laikos, un tagad līdzīga attīstība notiek Japānā, ASV un citās attīstītajās valstīs.

Ūdeņradis

Ūdeņraža kā degvielas izmantošanai ir lielas perspektīvas. Pēc daudzu ekspertu domām, šī tehnoloģija palīdzēs atrisināt cilvēces svarīgākās globālās problēmas – enerģētikas un izejvielu problēmu. Pirmkārt, ūdeņraža degviela kļūs par alternatīvu dabas energoresursiem mašīnbūvē. Pirmo ūdeņraža automobili 90. gadu sākumā radīja japāņu kompānija Mazda, tam tika izstrādāts jauns dzinējs. Eksperiments izrādījās diezgan veiksmīgs, kas apstiprina šī virziena solījumu.

Elektroķīmiskie ģeneratori

Tie ir kurināmā elementi, kas darbojas arī ar ūdeņradi. Degviela tiek izlaista cauripolimēru membrānas ar īpašu vielu - katalizatoru. Ķīmiskās reakcijas rezultātā ar skābekli pats ūdeņradis pārvēršas ūdenī, sadegšanas laikā izdalot ķīmisko enerģiju, kas pārvēršas elektroenerģijā.

Degvielas šūnu dzinējus raksturo visaugstākā efektivitāte (vairāk nekā 70%), kas ir divas reizes lielāka nekā parastajām spēkstacijām. Turklāt tās ir viegli lietojamas, klusas darbības laikā un nav nepieciešamas remontam.

Vēl nesen kurināmā elementiem bija šaurs darbības joma, piemēram, kosmosa izpētē. Bet tagad darbs pie elektroķīmisko ģeneratoru ieviešanas tiek aktīvi veikts lielākajā daļā ekonomiski attīstīto valstu, starp kurām Japāna ieņem pirmo vietu. Šo vienību kopējā jauda pasaulē tiek mērīta miljonos kW. Piemēram, Ņujorkā un Tokijā jau ir spēkstacijas, kurās izmanto šādas šūnas, un Vācijas autoražotājs Daimler-Benz bija pirmais, kas izveidoja funkcionējošu automašīnas prototipu ar dzinēju, kas darbojas pēc šāda principa.

Kontrolēta kodolsintēze

Jau vairākus gadu desmitus ir veikti pētījumi kodoltermiskās enerģijas jomā. Atomenerģijas pamatā ir kodola skaldīšanas reakcija, bet kodoltermiskās enerģijas pamatā ir apgrieztais process - ūdeņraža izotopu (deitērija, tritija) kodoli saplūst. Kodolsadegšanas procesā 1 kg deitērija izdalītās enerģijas daudzums ir 10 miljonus reižu lielāks nekā iegūtais no oglēm. Rezultāts ir patiesi iespaidīgs! Tāpēc kodolenerģija tiek uzskatīta par vienu no perspektīvākajām jomām globālo problēmu risināšanāenerģijas deficīts.

Prognozes

Šodien ir dažādi scenāriji situācijas attīstībai globālajā enerģētikas sektorā nākotnē. Saskaņā ar dažiem no tiem līdz 2060. gadam pasaules enerģijas patēriņš naftas ekvivalentā pieaugs līdz 20 miljardiem tonnu. Tajā pašā laikā patēriņa ziņā jaunattīstības valstis apsteigs attīstītās.

Līdz 21. gadsimta vidum fosilo enerģijas avotu apjomam vajadzētu būtiski samazināties, bet pieaugs atjaunojamo energoresursu, jo īpaši vēja, saules, ģeotermālo un plūdmaiņu, īpatsvars.